作者：李斌
本文以实际工程一一青岛市某人行天桥为例，分析其舒适度，并对结构设计进行优化。
1桥梁人行荷载模型
目前人行荷载数学模型尚处于研究阶段，根据现行研究成果，人行荷载模型分为多种类型。其中时域模型中有确定性荷载模型和概率性荷载模型两类，前者可用于设计中，后者应用于科研。国外基于设计的人行荷载模型主要有两种，分别为英国BS 5400及德国人行天桥设计指南EN 03。
1.1英国BS 5400
英国BS 5400求桥梁结构最大加速度的通用方法中，对于桥梁一阶竖向振动频率>5 Hz的上部结构，假设行人施加的动力荷载可用一个按常速v1沿上部结构主跨移动的脉冲点荷载F来表示，[见式(1)]。
式中：f为桥梁竖向振动基频。
1.2德国人行天桥设计指南EN 03
该设计指南提出的荷载模式考虑竖向、纵向及横向荷载，通用表达见式(2)。
1.3两种荷载模型的比较
英国BS 5400荷载模型为单人荷载模型，而桥梁振动往往是由群体性荷载引起的大幅振动，德国人行天桥设计指南中的荷载模型与实际情况更加接近，因此本文采用后者作为设计人行荷载模型。
2各国规范对舒适度指标的规定
大多数规范均采用人行竖向加速度作为舒适度评价指标，个别规范采用振动速度或振动最大位移作为评价指标（如澳洲公路规范）。国外规范竖向加速度规定比较图见图1。
本次列举国外4个相关规范进行比较，分别为BS 5400、加拿大安大略省规范、欧洲规范1990以及IS0 10137标准。其中BS 5400、加拿大安大略省规范以及IS0 10137标准规定的最大加速度均与频率相关，而欧洲规范EN 1990则规定人行桥任意一点的竖向最大加速度≤0.7 m/S2。
德国人行天桥设计指南( EN 03)采取桥梁自振频率与行人承受的峰值加速度相结合的方法规定舒适度等级。EN 03中行人舒适度定义表见表1。
3结构分析
3.1工程介绍
计算桥梁为三跨连续钢结构箱梁，跨径组合为( 30+47+30)m，两侧接引桥，采用牛腿型式进行搭接。下部结构为桩柱式基础，其中2号桥墩与上部结构主梁固结，其余桥墩与上部结构间均采用单向活动支座支撑。三跨连续钢结构人行桥示意图见图2，人行桥上部结构横断面示意图见图3。
3.2人行荷载计算模型
根据国外现有的研究成果，结合工程实际，竖向振动的人群荷载可近似分为3种荷载工况。
1)工况一：小组结伴而行，取10人同行，且步频相同，Np=10。
2)工况二：低密度人群自由行走，
，其中n为桥上行人数，人群密度按照0.5人/1112考虑。
3)工况三：高密度人群流动，
，人群密度按1人/m2考虑。
4计算结果
计算桥梁分别取不同刚度（即桥梁自振频率不同），验算结构在上述3种荷载工况下的竖向振动时程加速度，分析桥梁刚度变化对行人行走舒适度变化的影响。
4.1荷载工况比较
1)工况二竖向加速度最小，行人舒适度最佳，表明人群在自由行走时步频相同的人数较少，不容易产生人桥共振现象。
2)工况一虽然人群荷载小于工况二，但行人结伴同行，步频趋于一致，人桥共振现象较为明显，导致桥梁振动竖向加速度较工况二大。3种工况竖向振动加速度比较表见表2。
3)工况三高密度人行，由于行人无法自由行走，互相影响，步频趋于一致，导致大量行人与桥梁产生共振，桥梁竖向振动加速度上升，使得行走舒适度指标大幅下降。
4.2刚度变化比较
当桥梁刚度变化时，桥梁最大竖向加速度见表3。
由计算结果可知，在桥梁刚度变化情况下，桥梁在不同荷载工况下最大竖向加速度有较为明显的变化。梁高由1.5 m变化至1.8 m时，桥梁自振频率增大，逐渐偏离行人行走的频率，行走舒适度有所改善。
4.3舒适度结果分析
通过分析计算，该桥在工况一及工况二荷载条件下竖向振动加速度均在0.5 m/S2，舒适度高；在工况三荷载条件下，1.5 m梁高竖向加速度0.78m/s2，舒适度中等，1.8 m梁高竖向加速度0.57 m/S2，舒适度较高。
结合欧洲及德国标准对舒适度的要求，在人流量小、自由流的情况下（工况一及工况二），梁高1.5 m能够满足舒适度要求；当人流量增大达到拥挤状态（工况三），建议采用1.8 m梁高，竖向加速度控制在0.7 m/s2以下，舒适度较好。
5结语
随着社会的发展，人行天桥等行人过街设施的设计在保证其安全性的前提下，对景观及其舒适度也提出较高的要求。而目前国内的相关规范及设计指导对此涉及较少，国外对此也处于研究阶段，本文在国外相关研究成果的基础上，对实际工程进行分析，为后续设计提供一定的参考。
1)人行天桥设计时必须考虑行人行走的舒适度，如频率接近行人行走频率会产生不舒适感。
2)对于人行荷载数学模型有待于进一步研究，建立适用于我国实际情况荷载模型。
3)舒适度指标包括竖向及水平加速度，本文仅对竖向加速度进行计算分析，然而水平加速度也是影响行人舒适度的重要指标。
4)改善桥梁舒适度有多种方法，如设置调谐质量阻尼器等，本文仅分析桥梁刚度变化对行人行走舒适度的影响，其他方法不在本文进行讨论。
6摘要：
采用有限元软件建立钢结构人行天桥模型，通过计算人行天桥在人行激励荷载作用下的竖向加速度，判定其舒适度，对结构设计进行优化。
